Dise

1
Diseño de un Sistema de Vigilancia de la Calidad
del Agua Potable Urbana (SVCAPU)

• Estrategia para el desarrollo
• de modelos de simulación

2
Sistema de Vigilancia (SVCAPU)
Especial enfoque en el uso de modelos

• Interés inicial del ERSP por identificar sitios
  de muestreo utilizando modelos matemáticos de
  calidad del agua
• Bibliografía reciente sobre el tema
• Anexo A del proyecto

3
Modelos de simulación
Definiciones

• Modelo. Representación de una red hidráulica
  existente mediante un software y la información
  que describe la red.
• Calibración. Es el procedimiento de realizar
  ajustes a los parámetros del modelo (rugosidad,
  demandas, fugas, controles, niveles en tanques,
  etc.) para que se obtengan resultados que
  representen mediciones reales con cierto grado de
  exactitud.
• Simulación. Son los resultados que ofrece un
  modelo calibrado y que representan con cierto
  nivel de confiabilidad las condiciones de
  operación reales de una red

4
Modelos de simulación

• Es una herramienta que permite entender el
  comportamiento de un sistema complejo y con la
  que es posible simular el com-portamiento del
  sistema en diferentes situaciones hipotéticas

5
Modelos de simulación

• Modelo hidráulico
• Flujo en cada tubo, presión en cada nodo
• Procedencia del agua
• Edad del agua
• Concentración de componentes no reactivos

Parámetros hidráulicos que funcionan como
indicadores de la calidad del agua
La calibración puede tener diferentes niveles de
exactitud
6
Modelos de simulación

• Modelo de calidad del agua
• Concentración de componentes reactivos
• Las variaciones son ocasionadas por advección
  (modelo hidráulico) y reacciones fisicoquímicas
• Forma de estudiar las variaciones temporales y
  espaciales de la calidad del agua

7
Modelos de simulación

• Aplicaciones
• Control del sistema
• El control se consigue cuando se comprende el
  comportamiento del agua en la red y es posible
  modificar ese comportamiento.
• Ejemplo sectorización en México
• Vigilancia
• Ejemplo EPA y Brasil

8
Modelos de simulación

• Aplicación en control
• Sectorización en Ciudad de México
• Sector porción de la red secundaria aislada del
  resto de la red hidráulica del sistema
• Los modelos se utilizaron para diseñar los
  sectores y estimar reducción de fugas
• Ahorro gracias al control de presión y el control
  activo de fugas (ALC)

9
Modelos de simulación
Aplicación en control Reducción de fugas de fondo
10
Modelos de simulación

• Aplicación en vigilancia
• Etapa 2 del reglamento DBPR elaborado por la
  USEPA
• Atender los puntos de mayor riesgo
• Evaluación inicial del sistema (IDSE) mediante el
  uso de modelos hidráulicos
• Recomiendan utilizar edad del agua

11
Modelos de simulación

• Aplicación en vigilancia Caso Brasil

Fuente Vasconcelos et al.
12
Modelos de simulación

• Costos del modelo
• Elaboración del modelo
• Catastro actualizado y digitalizado
• Personal capacitado en la elaboración de modelos
• Equipo de cómputo y software
• Calibración hidráulica del modelo
• Mediciones continuas de flujo y presión
  (macromedición)
• Capacidad y patrón de flujo en los tanques del
  sistema
• Curvas de operación de los equipos de bombeo
• Registro del consumo (micromedición)
• Estudios con trazadores

13
Modelos de simulación

• Costos del modelo
• Calibración de calidad del agua
• Análisis continuos de los componentes a simular
• Estudio de laboratorio para determinar
  coeficientes de decaimiento
• Mantenimiento del modelo
• Actualizar cuando se realicen cambios en la red
• Verificar constantemente contra mediciones en
  campo

14
Aplicación en vigilancia

• Sólo es redituable si también se utilizan en
  acciones de control
• El sistema de vigilancia funciona más
  eficientemente en sistema controlados

Por esto se propone una estrategia de desarrollo
de modelos a partir de su aplicación en el
control de sistemas
15
Estrategia de desarrollo
Características de la estrategia de desarrollo de
modelos

• Desarrollo gradual
• Considera el estado de desarrollo actual del
  sistema
• Cada actividad requerida para elaborar el modelo
  trae beneficios inmediatos
• Se explican los beneficios del uso de modelos en
  actividades de control

16
Beneficios inmediatos
Guías de la estrategia -Modelos -Sectorización
17
Estrategia de desarrollo
Fase de desarrollo Actividades
Fase preliminar Definición de sectores conceptuales
Fase I Modelo hidráulico Micro y macromedición
Fase I Modelo hidráulico Digitalización del catastro
Fase I Modelo hidráulico Elaboración de modelos hidráulicos para aplicaciones de planeación (de la red primaria, de estado estacionario)
Fase II Simulación hidráulica Modelos de simulación de la red secundaria
Fase II Simulación hidráulica Sectorización de la red secundaria
Fase II Simulación hidráulica Calibración de los modelos hidráulicos (EPS)
Fase III Simulación de calidad del agua Control activo de fugas (ALC)
Fase III Simulación de calidad del agua Calibración de calidad del agua
Fase III Simulación de calidad del agua Estudios de calidad del agua
Fase IV Mantenimiento del modelo Actualización de los modelos y mejora de la exactitud de sus simulaciones
Fase IV Mantenimiento del modelo Aplicaciones en actividades avanzadas de control
18
Sectorización conceptual

• Sector conceptual sector identificado en planos
  que se convertirá en un sector de red secundaria
• El sector como unidad geográfica básica del SV
  espacio que ocupa la población que se ve afectada
  por un conjunto único de factores de riesgo
• El sector conceptual definirá los sitios de
  muestreo iniciales
• La sectorización sirve a los objetivos del
  control y la vigilancia

19
Fase I Modelo hidráulico

• Micro y macro medición
• Catastro digitalizado
• Elaboración de modelos hidráulicos para
  planeación (Estado estacionario)

20
Fase II Simulación hidráulica

• Modelo de simulación red secundaria
• Sectorización física
• Calibración de modelos hidráulicos
• Control activo de fugas

21
Fase III Simulación de calidad del agua

• Calibración de calidad del agua
• Control de DBPs
• Estudios de calidad del agua (Cl residual)

22
Fase IV Mantenimiento del modelo calibrado

• Actualización del catastro
• Actualización del modelo y mejora de la exactitud
  de sus simulaciones

23
Análisis costo-beneficio
Concepto Cantidad Comentarios
Porcentaje de ahorro de agua estimado 15 Sobre demanda total
Costo para desarrollo del modelo (sectorización) (Balboas/Km2) 60,000.00 Experiencias en México
Costo del agua (Balboas/m3) 0.30 Costo promedio
Densidad de población (hab/Km2) 13,000
Dotación (L/hab/día) 400
Dotación por km2 (Lps) 60
Ahorro por km2 (Lps) 9
Ahorro anual (Balboas/Km2) 85,410.00
24
Software EPANET

• Programa de trabajo
• Gratuito
• El mismo engine que los software comerciales
• Posibilidad de modificar el código fuente para
  personalizar el programa

25
Software WaterCAD

• Programa de captura y análisis
• Es compatible con EPANET
• Buen servicio de atención al cliente y asistencia
  en línea en Latinoamérica (atienden en español).
• Tienen programado un curso a realizarse en la
  ciudad de Panamá para el año 2004.
• Su costo es similar al resto de los programas o
  softwares equivalentes que tienen interfase CAD.

26
Elaboración del modelo hidráulico de El Fortín

• Empresa Altos de Vistamares
• Información sobre su infraestructura hidráulica
• Se elaboró el modelo hidráulico
• Falta poca información para realizar la
  calibración hidráulica
• Se realizó un ejercicio de calibración con
  información hipotética

27
Calibración
28
Simulación de residual de Cl
29
Resumen

• El uso de modelos en vigilancia es útil, pero el
  desarrollo de modelos es una tarea que demanda
  muchos recursos.
• Por este motivo se propuso la estrategia de
  desarrollo de modelos que propone un trabajo
  gradual y resalta lo beneficios en control.
• Se propone la sectorización como una estrategia
  de control y con aplicaciones en la vigilancia.
• Como parte de la estrategia se seleccionaron los
  software con que se desarrollarán los modelos, se
  capacitó al personal del ERSP en su uso y se
  adquirió una licencia de WaterCAD.